鍛造高壓三通是直埋供熱管道中常用的分支結(jié)構(gòu),具有管道改向和改變流量的作用.在供熱管道的運(yùn)行中,不銹鋼三通會(huì)受到力和變形等多種因素的綜合作用,受力極其復(fù)雜,同時(shí)又由于幾何形狀不連續(xù),存在著極大的應(yīng)力集中,極易產(chǎn)生疲勞破壞,是整個(gè)供熱管網(wǎng)中應(yīng)力集中程度較高的薄弱環(huán)節(jié)之一。不銹鋼三通常見(jiàn)的破壞形式是低循環(huán)疲勞破壞《區(qū)域供熱手冊(cè)》中提出采用拍爾姆格林一米納公式和S-N疲勞壽命曲線來(lái)驗(yàn)證不銹鋼三通的低循環(huán)疲勞強(qiáng)度條件以防止疲勞斷裂,根據(jù)不同的使用情況及安全等級(jí),在輸送干線的循環(huán)次數(shù)取198次,疲勞斷裂安全系數(shù)取10次,得出直埋供熱管道所用鋼材Q235B的疲勞極限為750 MPa.現(xiàn)行《城鎮(zhèn)供熱直埋熱水管道技術(shù)規(guī)程)(CJJ/T81-2013以下簡(jiǎn)述為《規(guī)程”提出直埋管道在應(yīng)力驗(yàn)算時(shí)采用應(yīng)力分類法,其應(yīng)力集中部位的應(yīng)力變化幅度不大于3倍的鋼材許用應(yīng)力(應(yīng)力變化范圍不大于六倍的鋼材許用應(yīng)力),《規(guī)程》規(guī)定的Q235B的許用應(yīng)力為125 MPa,可得出疲勞極限為750 MPa.自80年代直埋技術(shù)進(jìn)人我國(guó),DN500及以下的預(yù)制保溫直埋供熱管道已得到大量使用,在約30年的運(yùn)行過(guò)程中,不銹鋼三通破壞而引起供熱事故的報(bào)道并不多見(jiàn),而且通過(guò)對(duì)輸送干線事故位置的發(fā)現(xiàn),由于不銹鋼三通破壞而引起供熱事故的概率僅占5.55%,遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于補(bǔ)償器、閥門、彎頭、焊口、折角、排氣和泄水。但是在實(shí)際工程中,大多數(shù)不銹鋼三通的當(dāng)量應(yīng)力值卻遠(yuǎn)大于750 MPa的疲勞極限.可知,即使不銹鋼三通的當(dāng)量應(yīng)力值大于750 MPa時(shí)也不會(huì)產(chǎn)生破壞,由此可見(jiàn)《規(guī)程》規(guī)定的疲勞極限的合理性就有待進(jìn)一步驗(yàn)證,這對(duì)于管徑放大到DN 1200的(規(guī)程) (CJJ/T81-2013)中壓制三通的加強(qiáng)方式及其疲勞分析具有重要意義。為溫度130℃的直埋熱水管網(wǎng)系統(tǒng),其中不銹鋼三通為通過(guò)披肩加強(qiáng)后的不銹鋼三通.由表5可知,在供熱管網(wǎng)系統(tǒng)中,補(bǔ)償器、閥門、彎頭、焊口、折角、排氣和泄水是導(dǎo)致直埋供熱管道破壞的主要因素,占比80. 22 %.而由不銹鋼三通破壞所引起直埋管道事故的概率僅占 5.55%,遠(yuǎn)低于其他構(gòu)件.
制造高壓鍛造三通的內(nèi)高壓成形過(guò)程中的影響因素有很多,主要有工藝參數(shù)和幾何因素,集合參數(shù)包括原始原材的直徑、長(zhǎng)度,支管的直徑、高度以及過(guò)度區(qū)域的圓角半徑等因素,當(dāng)幾何參數(shù)確定之后,工藝參數(shù)就對(duì)成形過(guò)程起到了關(guān)鍵性的作用。
高壓鍛造三通成形過(guò)程中的內(nèi)壓是影響成形的主要因素之一。在成形過(guò)程中內(nèi)壓在不銹鋼管的內(nèi)表面均勻分布,在內(nèi)壓的作用下材料可以與模具貼合,合理的內(nèi)壓可以促進(jìn)材料的流動(dòng),防止不銹鋼三通產(chǎn)生內(nèi)凹、折疊等起皺和減薄破裂等缺陷。而且壓力必須與補(bǔ)料量和中間沖頭的后退量相匹配,內(nèi)壓如果過(guò)低將會(huì)在主管位置產(chǎn)生起皺,內(nèi)壓如果過(guò)高,則會(huì)導(dǎo)致支管頂部過(guò)度減薄而發(fā)生破裂。補(bǔ)料量對(duì)成形過(guò)程也有很重要的影響,補(bǔ)料量過(guò)大,主管材料堆積容易產(chǎn)生起皺,補(bǔ)料量過(guò)小,材料不足以支撐支管的長(zhǎng)高,支管頂部容易發(fā)生破裂:而中間沖頭的后退量則會(huì)直接控制支管的高度,中間沖頭會(huì)對(duì)支管產(chǎn)生一個(gè)反作用力,從而防止支管因過(guò)度減薄而破裂,中間沖頭后退量過(guò)小,會(huì)異致材料在主管或者主支管過(guò)渡區(qū)堆積引起起皺,而中間沖頭后退量過(guò)大,送進(jìn)的補(bǔ)料量支撐不了支管一長(zhǎng)高的高度,就會(huì)使得支管過(guò)早破裂。因此合理的匹配內(nèi)高壓成形過(guò)程中的加載路徑,是成形的關(guān)鍵。同時(shí),試驗(yàn)過(guò)程中的潤(rùn)滑及摩擦也是影響不銹鋼三通成形的重要因素之一,摩擦影響材料的流動(dòng),摩擦較大時(shí)材料不易流動(dòng),有可能發(fā)生材料堆積,而摩擦較小時(shí)材料流動(dòng)比較順暢,成形比較容易,由于本次試驗(yàn)采用的不銹鋼管的壁厚比較薄,因此摩擦的影響更大,因此在試驗(yàn)過(guò)程中有效的改善潤(rùn)滑摩擦有利于成形出合格的三通。在不銹鋼管的成形過(guò)程中,內(nèi)外管的材料和厚度比對(duì)于不銹鋼三通成形也有比較重要的影響。